JP2005342844A - Micromanipulator - Google Patents

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Mikio Horie
三喜男 堀江
Daiki Kamiya
大揮 神谷
Naoto Mochizuki
直人 望月
Kindo Yoda
欽道 依田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micromanipulator capable of gripping an object to be gripped with gripping finger tips in a single operation in a microscopic field and placing the gripping object on an appropriate position. <P>SOLUTION: This micromanipulator 110 is provided with a micro-gripper mechanism part 1 approaching the tips of gripping fingers to each other and gripping a micro-object to be gripped, an XYZ moving mechanism part 40 moving the micro-gripper mechanism part 1 in the directions of the X, Y, and Z three dimensions, and an attitude change mechanism part 60 disposed between the micro-gripper mechanism part 1 and the XYZ moving mechanism part 40 and changing the attitude direction of the gripping finger tip parts to rotationally turn the gripping fingers around the gripping finger tip parts. Even if the shape of the object is characteristic, this micromanipulator can grip the object by an end effector in a single contact and place the object to the appropriate position to be placed. Even if the gripping object is an organism, this micromanipulator inflicts no damage thereon. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明はマイクロマニュピュレータに係り、特に、把持指の先端部を互いに近接させて微小な把持対象物を把持するマイクロマニュピュレータに関する。   The present invention relates to a micromanipulator, and more particularly, to a micromanipulator that grips a minute gripping object by bringing tips of gripping fingers close to each other.

従来、例えば、微小部品の組み立てや細胞操作等にマイクロマニュピュレータが用いられている。一般に、マイクロマニュピュレータは、微小な把持対象物を把持するために、複数本の把持指の先端部を互いに把持対象物に近接・離間させる機構(把持手段)を有しており(例えば、特許文献1参照)、把持対象物が微小なため、マイクロマニュピュレータによる作業は、肉眼による顕微鏡視野下や、顕微鏡に取り付けられたCCDカメラを介してディスプレイに出力された画像を参照して行われる(例えば、特許文献2参照)。   Conventionally, for example, a micromanipulator has been used for assembling a minute part or operating a cell. In general, a micromanipulator has a mechanism (gripping means) for moving the tip portions of a plurality of gripping fingers close to and away from each other to grasp a minute grasping object (for example, a patent) Since the object to be grasped is very small, the operation by the micromanipulator is performed under the microscope visual field by the naked eye or by referring to the image output to the display via the CCD camera attached to the microscope (see FIG. 1). For example, see Patent Document 2).

また、従来のマイクロマニュピュレータでは、把持対象物の向きに把持指先端部の向きを一致させる場合には、予め把持対象物の向きを把持指先端部の向きに対して揃えるように把持対象物載置台(載置ステージ)上に載置するか、把持対象物載置台が向きを変えられるような機構を備えている。なお、直方体状のチップ素子を把持して基板上に実装する場合には、チップ素子の端子位置を基板のランド位置に合わせるため、把持対象物を把持した状態の把持指先端部や基板の向きをマニュアルで合わせ込むようにしている。   Further, in the conventional micromanipulator, when the orientation of the gripping finger tip is matched with the orientation of the gripping target, the gripping target is aligned in advance with the orientation of the gripping finger tip. A mechanism is provided that can be mounted on a mounting table (mounting stage) or that can change the orientation of the gripping object mounting table. When a rectangular chip element is gripped and mounted on a substrate, the tip of the gripping finger or the direction of the substrate in the state where the object to be gripped is gripped to align the terminal position of the chip element with the land position of the substrate. Are adjusted manually.

特開平8−168979号公報JP-A-8-168979 特開平4−303810号公報JP-A-4-303810

しかしながら、従来のマイクロマニュピュレータでは、マニュアルで把持対象物に対して把持指先端部の向きを合わせているため、把持指先端部で把持対象物を把持するまでに複数回の試行錯誤が必要で手間が掛かっていた。特に、把持対象物が細胞の場合には、複数回の試行錯誤を行うと、当該細胞が傷つくため、1回の操作で把持対象物を把持指先端部で把持可能なマイクロマニュピュレータが求められている。また、現在より2まわりも小さい0402型(0.4mm×0.2mm)のチップ素子の規格化も進められており、より微小な把持対象物を把持すると共に、ランド位置に正確に載置可能なマイクロマニュピュレータが求められている。   However, in the conventional micromanipulator, since the orientation of the tip of the gripping finger is manually adjusted with respect to the gripping target, multiple trials and errors are required until the gripping target is gripped by the tip of the gripping finger. It took time and effort. In particular, when the object to be grasped is a cell, if a plurality of trials and errors are performed, the cell is damaged. Therefore, a micromanipulator capable of grasping the object to be grasped by the tip of the grasping finger by one operation is required. ing. In addition, standardization of the 0402 type (0.4 mm × 0.2 mm) chip element, which is smaller than the current size by two, is being promoted, and it is possible to grip a finer gripping object and accurately place it on the land position. Micromanipulators are needed.

本発明は上記時間に鑑み、顕微鏡視野内において1回の操作で把持対象物を把持指先端部で把持可能で、かつ、把持対象物を適正な位置に載置可能なマイクロマニュピュレータを提供することを課題とする。   In view of the above time, the present invention provides a micromanipulator capable of gripping a gripping object with a tip of a gripping finger by a single operation in a microscope field of view and placing the gripping object at an appropriate position. This is the issue.

上記課題を解決するために、本発明は、マイクロマニュピュレータであって、把持指の先端部を近接させて微小な把持対象物を把持する把持手段と、前記把持手段をX、Y、Zの3次元方向に移動させる3次元移動手段と、前記把持手段と前記3次元移動手段との間に配置され、前記把持指先端部の姿勢方向をX、Y方向で同時に変更する姿勢変更手段と、を備える。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a micromanipulator, a gripping means for gripping a minute gripping object by bringing a tip of a gripping finger close to the gripper, and the gripping means in X, Y, and Z. A three-dimensional movement means for moving in a three-dimensional direction; a posture changing means arranged between the gripping means and the three-dimensional movement means, and simultaneously changing the posture direction of the tip of the gripping finger in the X and Y directions; Is provided.

本発明では、3次元移動手段により、微小な把持対象物が把持指先端部に位置するように、把持手段がX、Y、Zの3次元方向に移動され、把持手段と3次元移動手段との間に配置された姿勢変更手段により、把持対象物に対する把持指先端部の姿勢方向がX、Y方向で同時に変更され、把持手段により、把持指先端部を近接させて把持対象物が把持される。そして、把持された把持対象物を所定位置に載置する場合には、3次元移動手段により、把持対象物を把持した把持手段の把持指先端部が所定位置に位置するようにX、Y、Zの3次元方向に移動され、姿勢変更手段により、把持対象物が正確に所定位置に位置するように把持指先端部の姿勢方向がX、Y方向で同時に変更され、把持手段により、把持指先端部が離間され把持対象物が所定位置に載置される。本発明によれば、把持指先端部の姿勢方向をX、Y方向で同時に変更する姿勢変更手段を備えているので、顕微鏡視野内において1回の操作で把持対象物を把持指先端部で把持可能で、かつ、把持対象物をX、Y方向で適正な位置に載置可能なマイクロマニュピュレータを得ることができる。   In the present invention, the gripping means is moved in the three-dimensional directions of X, Y, and Z so that the minute gripping object is positioned at the tip of the gripping finger by the three-dimensional moving means, and the gripping means, the three-dimensional moving means, By the posture changing means arranged between the two, the posture direction of the tip of the gripping finger with respect to the gripping object is simultaneously changed in the X and Y directions, and the gripping target is gripped by bringing the tip of the gripping finger close to the gripping means. The Then, when placing the gripped gripping object at a predetermined position, the three-dimensional moving means causes the gripping finger tip of the gripping means gripping the gripping object to be positioned at a predetermined position by X, Y, The posture direction of the gripping finger tip is simultaneously changed in the X and Y directions so that the object to be gripped is accurately positioned at a predetermined position by the posture changing means. The tip portion is separated and the object to be grasped is placed at a predetermined position. According to the present invention, since the posture changing means for simultaneously changing the posture direction of the gripping finger tip in the X and Y directions is provided, the gripping object is gripped by the gripping finger tip in one operation within the microscope field of view. It is possible to obtain a micromanipulator capable of placing the object to be gripped at an appropriate position in the X and Y directions.

本発明において、姿勢変更手段が、把持指先端部を中心として把持指が回動するように把持指先端部の姿勢方向を変更するようにすれば、把持対象物を把持する把持指先端部が回動動作の中心となるので、把持指先端部の姿勢方向を変えることによる位置変化を少なくすることができ、顕微鏡視野内でマイクロマニュピュレータの操作を行うことができる。このような構成は、例えば、姿勢変更手段が、3次元移動手段からのX、Y、Z方向の移動量が出力される出力ステージと、この出力ステージに対し把持指先端部を中心として円弧状に移動可能な移動体とを有し、把持手段が移動体に支持されることで具現できる。この場合に、出力ステージが円弧状のガイドを有しており、ガイドに移動可能に係合する係合突起を移動体に突設するようにしてもよい。また、移動体が、出力ステージに当接する第1の当接突起を更に有するようにすれば、移動体は第1の当接突起及び係合突起により出力ステージに複数箇所で当接するので、出力ステージに対する移動体の安定な移動を確保することができる。更に、移動体がZ方向で出力ステージより上側に配置されており、把持手段がZ方向で傾斜するように移動体に支持されるようにすれば、載置台に載置された把持対象物を顕微鏡視野内で観察しながら把持指先端部で把持することが容易となる。このとき、把持手段は、前記出力ステージに当接する第2の当接突起を有することが好ましい。また、出力ステージ及び移動体のいずれか一方に配置されたセンサと、いずれか他方に配置された遮光板とを有し、把持指先端部のX、Y方向での姿勢を検出するための姿勢検出手段を更に備えようにすれば、移動体が移動しても把持指先端部の姿勢を正確に把握することができる。   In the present invention, if the posture changing means changes the posture direction of the gripping finger tip so that the gripping finger rotates about the gripping finger tip, the gripping finger tip that grips the gripping object is Since it becomes the center of the rotation operation, the position change caused by changing the posture direction of the tip of the gripping finger can be reduced, and the micromanipulator can be operated within the microscope field of view. In such a configuration, for example, the posture changing means outputs an output stage in which the amount of movement in the X, Y, and Z directions from the three-dimensional moving means is output, and an arc shape centering on the tip of the gripping finger with respect to the output stage. And a movable body that is movable, and the gripping means is supported by the movable body. In this case, the output stage may have an arcuate guide, and an engaging protrusion that is movably engaged with the guide may be provided on the movable body. Further, if the moving body further includes a first abutting projection that abuts the output stage, the moving body abuts the output stage at a plurality of locations by the first abutting projection and the engaging projection. Stable movement of the moving body relative to the stage can be ensured. Furthermore, if the moving body is arranged above the output stage in the Z direction and the gripping means is supported by the moving body so as to be inclined in the Z direction, the gripping object placed on the mounting table can be moved. It becomes easy to grip with the tip of the gripping finger while observing in the microscope field of view. At this time, it is preferable that the gripping means has a second contact protrusion that contacts the output stage. A posture for detecting the posture of the tip of the gripping finger in the X and Y directions, having a sensor arranged on one of the output stage and the moving body and a light shielding plate arranged on the other If the detection means is further provided, the posture of the tip of the gripping finger can be accurately grasped even if the moving body moves.

本発明によれば、把持指先端部の姿勢方向をX、Y方向で同時に変更する姿勢変更手段を備えているので、顕微鏡視野内において1回の操作で把持対象物を把持指先端で把持可能で、かつ、把持対象物をX、Y方向で的確な位置に載置可能なマイクロマニュピュレータを得ることができる、という効果を得ることができる。   According to the present invention, since the posture changing means for simultaneously changing the posture direction of the tip of the gripping finger in the X and Y directions is provided, the gripping target can be gripped by the tip of the gripping finger in a single operation within the microscope visual field. In addition, it is possible to obtain an effect that a micromanipulator capable of placing the object to be grasped at an accurate position in the X and Y directions can be obtained.

以下、図面を参照して、本発明に係るマイクロマニュピュレータを、微小な把持対象物を取り扱うための微小物体ハンドリングシステムに適用した実施の形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment in which a micromanipulator according to the present invention is applied to a minute object handling system for handling a minute object to be grasped will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム200は、マイクロマニュピュレータ110、微小物体載置基台102及び顕微鏡101を有し厚板状の定盤106に固定された微小物体ハンドリング装置100と、パーソナルコンピュータ(以下、パソコンという。)202と、パソコン202のスレーブ(奴隷)コンピュータとしてマイクロマニュピュレータ110を制御するプログラマブル・ロジック・コントローラ(以下、PLCという。)204と、を備えている。   As shown in FIG. 1, a minute object handling system 200 of this embodiment includes a micromanipulator 110, a minute object placement base 102, and a microscope 101, and a minute object handling fixed to a thick plate-like surface plate 106. An apparatus 100, a personal computer (hereinafter referred to as a personal computer) 202, and a programmable logic controller (hereinafter referred to as a PLC) 204 that controls the micromanipulator 110 as a slave computer of the personal computer 202 are provided. Yes.

パソコン202には、液晶表示装置等のディスプレイ201及びマウス等の入力装置203が接続されている。また、顕微鏡101にはCCDカメラ107が装着されており、CCDカメラ107からの出力端子がパソコン202に接続されている。従って、微小物体ハンドリングシステム200のオペレータは、顕微鏡101の接眼レンズから直接、又は、ディスプレイ201を介して微小物体載置面17上に載置された微小な把持対象物を目視することができる。   A personal computer 202 is connected to a display 201 such as a liquid crystal display device and an input device 203 such as a mouse. The microscope 101 is equipped with a CCD camera 107, and an output terminal from the CCD camera 107 is connected to the personal computer 202. Therefore, the operator of the minute object handling system 200 can visually observe the minute gripping object placed on the minute object placement surface 17 directly from the eyepiece of the microscope 101 or via the display 201.

また、パソコン202はインターフェースを介してPLC204に接続されており、PLC204は、マイクロマニュピュレータ110に配設された種々のアクチュエータの駆動制御を行う駆動制御部等をマウントした中継基板205に接続されている。中継基板205とマイクロマニュピュレータ110に配設された種々のアクチュエータとは、図示を省略したフレキシブル基板で接続されている。なお、PLC204は、CPU、ROM、RAMの他に、D/Aコンバータ、A/Dコンバータ等を有して構成されており、ROMに格納されたプログラム及びプログラムデータに従って、パソコン202から動作命令を受信すると共に、コンピュータ202にイーサネット(Ethernet)を介して後述するセンサで検出したデータや種々のアクチュエータのステータスを送信する。   Further, the personal computer 202 is connected to the PLC 204 via an interface, and the PLC 204 is connected to a relay board 205 mounted with a drive control unit and the like for performing drive control of various actuators arranged in the micromanipulator 110. Yes. The relay substrate 205 and various actuators disposed on the micromanipulator 110 are connected by a flexible substrate (not shown). The PLC 204 is configured to include a D / A converter, an A / D converter, etc. in addition to the CPU, ROM, and RAM. In accordance with a program and program data stored in the ROM, an operation command is sent from the personal computer 202. In addition to receiving the data, the computer 202 transmits data detected by a sensor, which will be described later, and statuses of various actuators to the computer 202 via Ethernet.

図2に示すように、定盤106には、板状の顕微鏡基台105及び受け台103が固定されている。顕微鏡基台105上には顕微鏡101を支持する支柱が立設されており、受け台103の上には板状で受け台103より面積の小さい微小物体/マニュピュレータ基台108が固定されている。また、微小物体/マニュピュレータ基台108上には、ブロック状の微小物体載置基台102及び4本の脚部を有しマイクロマニュピュレータ100を固設するためのマニュピュレータ載置架台104が固定されている。上述した中継基板205は、マニュピュレータ載置架台104の脚部に固定されている。   As shown in FIG. 2, a plate-like microscope base 105 and a receiving base 103 are fixed to the surface plate 106. A column for supporting the microscope 101 is erected on the microscope base 105, and a micro object / manipulator base 108 having a plate shape and a smaller area than the base 103 is fixed on the base 103. . On the minute object / manipulator base 108, a block-shaped minute object placement base 102 and a manipulator placement base 104 for fixing the micro manipulator 100 having four legs are provided. It is fixed. The above-described relay substrate 205 is fixed to the leg portion of the manipulator mounting base 104.

微小物体載置基台102は、その頂上部分に、略水平の微小物体載置面17を有しており、把持対象物は微小物体載置基台102上に載置される。一方、マニュピュレータ載置架台104は、2本の把持指とメータからなる把持指駆動用アクチュエータ1c(図5、図6参照)とを有し2本の把持指の先端部(以下、エンドエフェクタという。)を互いに近接ないし離間させる把持手段としてのマイクログリッパ機構部1のエンドエフェクタが概ね微小物体載置面17の中央に位置するように脚部の長さや微小物体/マニュピュレータ基台108への固定位置が設定されている。また、顕微鏡101は、対物レンズが微小物体載置面17の略中央部に位置するように上述した支柱で顕微鏡基台105に支持されている。なお、2本の把持指はそれぞれ図示しないバネで付勢されており、把持指駆動用アクチュエータ1cが非通電の通常状態で、エンドエフェクタは離間しており開口(以下、エンドエフェクタ開口1aという。)が形成される(図5、図6(A)参照)。   The micro object mounting base 102 has a substantially horizontal micro object mounting surface 17 at the top portion thereof, and the object to be grasped is mounted on the micro object mounting base 102. On the other hand, the manipulator mounting base 104 has two gripping fingers and a gripping finger driving actuator 1c (see FIGS. 5 and 6) composed of a meter, and the tip end portions (hereinafter referred to as end effectors) of the two gripping fingers. To the micro object / manipulator base 108 so that the end effector of the micro gripper mechanism section 1 as a gripping means for moving them close to or away from each other is positioned substantially at the center of the micro object placement surface 17. The fixed position is set. In addition, the microscope 101 is supported on the microscope base 105 by the above-described support so that the objective lens is positioned at a substantially central portion of the minute object placement surface 17. The two gripping fingers are each biased by a spring (not shown), the gripper finger driving actuator 1c is in a non-energized normal state, the end effector is separated, and the opening (hereinafter referred to as the end effector opening 1a). ) Is formed (see FIGS. 5 and 6A).

図2〜図4に示すように、マイクロマニュピュレータ100は、マイクログリッパ機構部1、エンドエフェクタの姿勢方向をX、Y方向で同時に変更する姿勢変更手段としての姿勢変更機構部60、並びに、マイクログリッパ機構部1及び姿勢変更機構部60をXY方向に移動させるXY移動機構30とZ方向に移動させるZ移動機構50とを有する3次元移動手段としてのXYZ移動機構部40を備えている。   As shown in FIGS. 2 to 4, the micromanipulator 100 includes a micro gripper mechanism unit 1, a posture changing mechanism unit 60 as posture changing means that simultaneously changes the posture direction of the end effector in the X and Y directions, and a micro manipulator 100. An XYZ moving mechanism unit 40 is provided as a three-dimensional moving unit having an XY moving mechanism 30 that moves the gripper mechanism unit 1 and the posture changing mechanism unit 60 in the XY direction and a Z moving mechanism 50 that moves the gripper mechanism unit 1 and the posture changing mechanism unit 60 in the Z direction.

図3及び図4に示すように、XY移動機構30は、直進機構、エンコーダ及び正逆転可能なステッピングモータを有するX方向アクチュエータ32と、同じく直進機構、エンコーダ及び正逆転可能なステッピングモータを有するY方向アクチュエータ33と、X方向入力部31a、Y方向入力部31b及びZ移動機構50に固着されたXY方向出力部31cを有し、X方向入力部31a、Y方向入力部31b及びXY方向出力部31cのそれぞれの中点を結ぶ仮想線を中心線として2つのパンタグラフが対称配置された平行四節機構31とを備えている。このため、X方向アクチュエータ32、Y方向アクチュエータ33からの直進駆動力がそれぞれX方向入力部31a、Y方向入力部31bに入力されると、当該直進駆動力により2つのパンタグラフが変位し、変位量がX、Y方向で合成・拡大されてXY方向出力部31cに出力される。   As shown in FIGS. 3 and 4, the XY moving mechanism 30 includes an X-direction actuator 32 having a linear mechanism, an encoder, and a stepping motor capable of forward / reverse rotation, and Y having a linear mechanism, an encoder, and a stepping motor capable of forward / reverse rotation. A directional actuator 33, an X direction input unit 31 a, a Y direction input unit 31 b, and an XY direction output unit 31 c fixed to the Z moving mechanism 50; the X direction input unit 31 a, the Y direction input unit 31 b, and the XY direction output unit And a parallel four-bar mechanism 31 in which two pantographs are symmetrically arranged with a virtual line connecting the midpoints of each of 31c as a center line. For this reason, when the rectilinear driving force from the X direction actuator 32 and the Y direction actuator 33 is respectively input to the X direction input unit 31a and the Y direction input unit 31b, the two pantographs are displaced by the rectilinear driving force, and the displacement amount Are combined and enlarged in the X and Y directions and output to the XY direction output unit 31c.

Z移動機構50は、平板状の底部フレーム53を有している。上述したXY方向出力部31cは、この底部フレーム53に固着されている。また、底部フレーム53の隅部には4つのマイクロキャスタが配設されている。このため、底部フレーム53は、固着したXY方向出力部31cからの出力に従って、マニュピュレータ載置架台104に固定された受け台34上をXY方向に移動可能に構成されている。また、Z移動機構50は、底部フレーム53の上方に位置し底部フレーム53に対しZ方向に離間・近接可能な移動フレーム54を有している。移動フレーム54には、エンコーダ及び正逆転可能なステッピングモータを有するZ方向アクチュエータ51と、一端が底部フレーム53に支持されたシャフト52とを含む直動機構が収容されている。移動フレーム54は、Z方向アクチュエータ51が正転することで底部フレーム53から離間し、逆転することで底部フレーム53に近接するように構成されている。   The Z moving mechanism 50 has a flat bottom frame 53. The above-described XY direction output part 31 c is fixed to the bottom frame 53. Further, four micro casters are disposed at the corners of the bottom frame 53. For this reason, the bottom frame 53 is configured to be movable in the XY directions on the cradle 34 fixed to the manipulator mounting base 104 in accordance with the output from the fixed XY direction output part 31c. The Z moving mechanism 50 includes a moving frame 54 that is located above the bottom frame 53 and can be separated from and approached the bottom frame 53 in the Z direction. The moving frame 54 accommodates a linear motion mechanism including a Z-direction actuator 51 having an encoder and a stepping motor capable of forward and reverse rotation, and a shaft 52 supported at one end by a bottom frame 53. The moving frame 54 is configured to be separated from the bottom frame 53 when the Z-direction actuator 51 rotates in the forward direction and close to the bottom frame 53 by rotating in the reverse direction.

従って、移動フレーム54は底部フレーム53に対してZ方向に相対移動が可能なため、XYZ移動機構部40(の移動フレーム54)は、X方向アクチュエータ32、Y方向アクチュエータ33、Z方向アクチュエータ51からの駆動力によりX、Y、Zの3次元方向への移動が許容されている。この移動フレーム54に、姿勢変更機構部60が固定されている。   Accordingly, since the moving frame 54 can move relative to the bottom frame 53 in the Z direction, the XYZ moving mechanism 40 (the moving frame 54 thereof) is moved from the X direction actuator 32, the Y direction actuator 33, and the Z direction actuator 51. The movement in the three-dimensional directions of X, Y, and Z is allowed by the driving force. The posture changing mechanism 60 is fixed to the moving frame 54.

図5に示すように、姿勢変更機構部60は、出力ステージとしての略扇状のベースフレーム2と、ベースフレーム2に対して移動可能な移動体としての移動ユニット55とで構成されている。マイクログリッパ機構部1は、シャフト71より移動ユニット55の先端部に連結されている。   As shown in FIG. 5, the posture change mechanism unit 60 includes a substantially fan-shaped base frame 2 serving as an output stage, and a moving unit 55 serving as a moving body movable with respect to the base frame 2. The micro gripper mechanism 1 is connected to the tip of the moving unit 55 through the shaft 71.

図5及び図7に示すように、ベースフレーム2は、ベースフレーム2の中央部を構成し略扇状で略水平のスライド平面2a、スライド平面2aのエンドエフェクタ側に隣接し略扇状でテーパ状に略30°の角度で傾斜したスライド傾斜面2b、スライド平面2aのXYZ移動機構部40側に隣接し表裏にエンドエフェクタを中心とする同心円の一部(円弧)を形成するガイドの一部としての曲壁2d、曲壁2dのスライド平面2a側に固着された歯付きベルト2c、エンドエフェクタを中心とする同心円の一部を形成し曲壁2dに対向するガイドの一部としての曲壁2e、曲壁2eの一側に固定された姿勢検出手段の一部としての透過一体型センサ2f、及び、姿勢変更機構部60を移動フレーム54に連結(固定)するための連結部16を有している。なお、曲壁2dと曲壁2eとの間には円弧状の溝2gが形成されている。   As shown in FIGS. 5 and 7, the base frame 2 forms a central portion of the base frame 2 and is substantially fan-shaped and substantially horizontal slide plane 2a, adjacent to the end effector side of the slide plane 2a, and substantially fan-shaped and tapered. As a part of a guide that forms a part (arc) of a concentric circle centering on the end effector on the front and back adjacent to the XYZ moving mechanism 40 side of the slide inclined surface 2b inclined at an angle of about 30 °. A curved wall 2d, a toothed belt 2c fixed to the sliding plane 2a side of the curved wall 2d, a curved wall 2e as a part of a guide forming a part of a concentric circle centering on the end effector and facing the curved wall 2d, The transmission integrated sensor 2f as a part of the posture detecting means fixed to one side of the curved wall 2e, and the connecting portion 16 for connecting (fixing) the posture changing mechanism 60 to the moving frame 54. It is. An arcuate groove 2g is formed between the curved wall 2d and the curved wall 2e.

図8に示すように、移動ユニット55は、減速機構が配置された減速機構台63、減速機構台63の上方を覆う上部ブラケット62、及び、減速機構台63の下部を覆う下部ブラケット69を有している。   As shown in FIG. 8, the moving unit 55 has a speed reduction mechanism base 63 on which a speed reduction mechanism is arranged, an upper bracket 62 that covers the upper side of the speed reduction mechanism base 63, and a lower bracket 69 that covers the lower part of the speed reduction mechanism base 63. doing.

上部ブラケット62は、平面部と平面部の両側面側から略垂直に折り曲げられ下方に延出した立ち下り部とを有している。平面部には正逆転可能なステッピングモータからなる姿勢変更アクチュエータ61が組み付けられており、立ち下り部にはボス62a、62b及び不図示の62d、62eが突設されている。   The upper bracket 62 has a flat portion and a falling portion that is bent substantially vertically from both side surfaces of the flat portion and extends downward. A posture changing actuator 61 composed of a stepping motor capable of forward / reverse rotation is assembled on the flat surface portion, and bosses 62a and 62b and 62d and 62e (not shown) project from the falling portion.

減速機構台63は、平面部と平面部の両側面側から略垂直に立ち上げられた立ち上り部とを有している。平面部には、プーリギア65、減速ギア66及び歯付き無端伝達ベルト67が配設されている。プーリギア65は、一側が減速機構台63に回転可能に軸支されており、姿勢変更アクチュエータ61のアクチュエータ軸が嵌着されている。減速ギア66は回転軸に大径ギア66aと大径ギア66aの下方に配置された小径ギア66aとが嵌着されて構成されており、回転軸の一端は上部ブラケット62に回転可能に軸支されている。ベルト67はプーリギア65及び大径ギア66a間に張架されており両者と噛合している。一方、立ち上り部には他端にフック68aを有するバネ68が固定されている。なお、上部ブラケット62はネジ64で減速機構台63に組み付けられている。また、小径ギア66bは平面部を貫通して下方に突出している。   The speed reduction mechanism base 63 has a flat portion and a rising portion that is raised substantially vertically from both side surfaces of the flat portion. A pulley gear 65, a reduction gear 66, and a toothed endless transmission belt 67 are disposed on the flat portion. One side of the pulley gear 65 is rotatably supported by the speed reduction mechanism base 63, and the actuator shaft of the posture changing actuator 61 is fitted thereto. The reduction gear 66 is configured such that a large-diameter gear 66 a and a small-diameter gear 66 a disposed below the large-diameter gear 66 a are fitted to a rotation shaft, and one end of the rotation shaft is rotatably supported by the upper bracket 62. Has been. The belt 67 is stretched between the pulley gear 65 and the large diameter gear 66a and meshes with both. On the other hand, a spring 68 having a hook 68a at the other end is fixed to the rising portion. The upper bracket 62 is assembled to the speed reduction mechanism base 63 with screws 64. The small-diameter gear 66b protrudes downward through the flat portion.

下部ブラケット69は、平面部と、平面部の両側面側から略垂直に立ち上げられた側面立ち上り部と、XYZ移動側の平面部から略垂直に立ち上げられた正面立ち上り部と、マイクログリッパ機構部1側の平面部の両側面側から略垂直に立ち下げられた立ち下り部とを有している。   The lower bracket 69 includes a flat portion, a side rising portion that is raised substantially vertically from both side surfaces of the flat portion, a front rising portion that is raised substantially vertically from the flat portion on the XYZ moving side, and a micro gripper mechanism. And a falling part that is substantially vertically lowered from both side surfaces of the flat part on the part 1 side.

平面部からは下方に向けて2本の円柱状の第1の当接突起としてのスライダ72と、係合突起の一部としての2本のシャフトとが突設されている。これらのシャフトには係合突起の一部としてのローラ70がそれぞれ回転可能に軸支されており、シャフトの先端部には係止リング73が嵌着されている。また、平面部には矩形板状の姿勢検出手段の一部としての遮光板69fが下方に向けて植設されている(図6(B)、(C)参照)。なお、平面部には長穴が形成されており、小径ギア66bはこの長穴を貫通している。   Two sliders 72 as first cylindrical contact protrusions and two shafts as part of the engagement protrusions protrude from the flat surface portion downward. Each of these shafts is rotatably supported by a roller 70 as a part of the engaging projection, and a locking ring 73 is fitted to the tip of the shaft. Further, a light shielding plate 69f as a part of the rectangular plate-shaped posture detecting means is planted downward on the plane portion (see FIGS. 6B and 6C). A long hole is formed in the flat portion, and the small diameter gear 66b passes through the long hole.

側面立ち上がり部の両端部には、それぞれスリット69a、69b及びスリット69d、69eが形成されている。これらのスリットには、それぞれ上部ブラケット62のボス62a、62b及び不図示のボス62d、62eが摺動可能に当接している。また、正面立ち上り部の両端部にはバネ掛け69cが形成されており、これらのバネ掛け69cにバネ68のフック68aが掛止されている。なお、立ち下り部に上述したシャフト71が固定されており、マイクログリッパ機構部1は移動ユニット55の立ち下り部に支持(連結)されている。   Slits 69a and 69b and slits 69d and 69e are formed at both ends of the side rising portion. The bosses 62a and 62b of the upper bracket 62 and bosses 62d and 62e (not shown) are slidably in contact with these slits. Further, spring hooks 69c are formed at both ends of the front rising part, and hooks 68a of the springs 68 are hooked on these spring hooks 69c. The shaft 71 described above is fixed to the falling portion, and the micro gripper mechanism portion 1 is supported (connected) to the falling portion of the moving unit 55.

図5〜図7に示すように、移動ユニット55の小径ギア66bは、ベースフレーム2の歯付ベルト2cと噛合している。また、移動ユニット55のローラ70は、ベースフレーム2の溝2g内に配置されており、曲壁2dの曲面に当接している。なお、バネ68は小径ギア66bが曲壁2dを押圧するように張架されており、係止リング73の上面と曲壁2d、2eの底面とは一定のクリアランスを持って対向している。更に、スライダ72の先端部はベースフレーム2のスライド平面2bに当接している。従って、移動ユニット55は、姿勢変更アクチュエータ61が駆動すると、その駆動力は歯付ベルト2bと噛合した小径ギア66bに伝達され、ベースフレーム2上を、エンドエフェクタを中心として円弧状に移動する構造が採られている。   As shown in FIGS. 5 to 7, the small-diameter gear 66 b of the moving unit 55 meshes with the toothed belt 2 c of the base frame 2. The roller 70 of the moving unit 55 is disposed in the groove 2g of the base frame 2 and abuts against the curved surface of the curved wall 2d. The spring 68 is stretched so that the small-diameter gear 66b presses the curved wall 2d, and the upper surface of the locking ring 73 and the bottom surfaces of the curved walls 2d and 2e are opposed to each other with a certain clearance. Furthermore, the tip of the slider 72 is in contact with the slide plane 2 b of the base frame 2. Accordingly, when the posture changing actuator 61 is driven, the moving unit 55 is transmitted to the small diameter gear 66b meshed with the toothed belt 2b, and moves on the base frame 2 in an arc shape around the end effector. Has been adopted.

図5及び図6に示すように、マイクログリッパ機構部1は、シャフト71により移動ユニット55に連結される水平連結部を除き、エンドエフェクタが微小物体載置面17上に載置された微小物体を把持可能なように、下方に向けて略30°の角度で斜設されている。マイクログリッパ機構部1の水平連結部近傍の底面には第2の当接突起としてのスライダ1bが下方に向けて突設されている。スライダ1bの先端部はベースフレーム2のスライド傾斜面2bに当接している。   As shown in FIGS. 5 and 6, the micro gripper mechanism unit 1 is a micro object in which an end effector is placed on a micro object placement surface 17 except for a horizontal coupling part that is coupled to a moving unit 55 by a shaft 71. Is inclined at an angle of approximately 30 ° downward. A slider 1b as a second abutting protrusion is provided on the bottom surface of the micro gripper mechanism 1 in the vicinity of the horizontal connecting portion so as to protrude downward. The tip of the slider 1b is in contact with the slide inclined surface 2b of the base frame 2.

(動作)
次に、直方体状の微小チップ素子をプリント基板上のランドに載置するときの微小物体ハンドリングシステム200の動作について説明する。
(Operation)
Next, the operation of the minute object handling system 200 when placing a rectangular parallelepiped minute chip element on a land on a printed circuit board will be described.

パソコン202、マイクロマニュピュレータ110等微小物体ハンドリングシステムを構成する全ての構成部に電源が投入され、パソコン202でのアプリケーションソフトウエアの起動やマイクロマニュピュレータ110の初期設定処理が終了すると、PLC204(のCPU)はマイクロマニュピュレータ110側の種々のアクチュエータやセンサのステータスをパソコン202に送出する。   When power is turned on to all the components constituting the minute object handling system such as the personal computer 202 and the micromanipulator 110 and the application software is started on the personal computer 202 and the initial setting process of the micromanipulator 110 is completed, the PLC 204 ( CPU) sends the statuses of various actuators and sensors on the micromanipulator 110 side to the personal computer 202.

パソコン202は、プログラムデータを参照して送出されたステータスに異常がないかを判断し、異常があるときは、ディスプレイ201に異常箇所及び異常の程度を表示させ、異常がないとき(又は異常の程度が低いとき)は、エンドエフェクタが微小物体載置面17上の載置物(例えば、プリント基板)に不用意に接触しないように、エンドエフェクタを基準位置に位置させてよいか否かの問い合わせをディスプレイ201に表示させて、入力装置203から肯定的な入力があるまで待機する。入力装置203からの入力があると、パソコン202は、PLC204に対してエンドエフェクタを基準位置に位置させるように命令する。   The personal computer 202 refers to the program data to determine whether there is an abnormality in the sent status, and when there is an abnormality, displays the abnormality location and the degree of abnormality on the display 201, and when there is no abnormality (or abnormal condition) In a case where the end effector is at a reference position so that the end effector does not inadvertently come into contact with a mounted object (for example, a printed circuit board) on the minute object mounting surface 17 Is displayed on the display 201 and waits until there is a positive input from the input device 203. When there is an input from the input device 203, the personal computer 202 instructs the PLC 204 to position the end effector at the reference position.

PLC204は、姿勢変更アクチュエータ61を駆動させ移動ユニット55をセンサ2f側に移動させると共に、センサ2fからの2値信号に変化があるかを判断する。遮光板69f(図6(B)参照)がセンサ2fの発光を遮光すると、例えば、センサ2fからの信号はローレベル信号からハイレベル信号に変化する。これにより、PLC204は、移動ユニット55が基準位置に到達したことを知ることができる。換言すれば、PLC204は、X、Y方向でエンドエフェクタの基準となる姿勢座標を得ることができる。PLC204は、移動ユニット55が基準位置に到達すると、姿勢変更アクチュエータ61の駆動を停止させ、パソコン202に微小物体のハンドリングの準備が完了した旨を報知する。   The PLC 204 drives the attitude change actuator 61 to move the moving unit 55 to the sensor 2f side, and determines whether there is a change in the binary signal from the sensor 2f. When the light shielding plate 69f (see FIG. 6B) shields light emitted from the sensor 2f, for example, the signal from the sensor 2f changes from a low level signal to a high level signal. Thereby, the PLC 204 can know that the moving unit 55 has reached the reference position. In other words, the PLC 204 can obtain posture coordinates serving as a reference for the end effector in the X and Y directions. When the moving unit 55 reaches the reference position, the PLC 204 stops driving the posture changing actuator 61 and informs the personal computer 202 that preparation for handling a minute object is completed.

パソコン202は、ディスプレイ201に微小物体(微小チップ素子)のハンドリングが可能な旨を小ウインドで表示させ、入力装置203からの入力があるまで待機する。オペレータは、ディスプレイ201で顕微鏡画像を参酌しながら、チップ素子がエンドエフェクタ開口部1aに位置するように入力装置203で入力する。本実施形態では、このような入力操作はアプリケーションソフトウエアでサポートされており、ドラッグや左右クリックを使用して行うことが可能である。   The personal computer 202 displays on the display 201 that a minute object (minute chip element) can be handled with a small window, and waits for an input from the input device 203. The operator inputs with the input device 203 so that the tip element is positioned in the end effector opening 1a while referring to the microscope image on the display 201. In the present embodiment, such an input operation is supported by application software, and can be performed using dragging or right-clicking.

パソコン202は、入力装置203からの入力情報をX、Y、Z方向成分毎に変換してPLC204に送出する。PLC204は、XYZ移動機構部40(XY移動機構30、Z移動機構50のX方向アクチュエータ32、Y方向アクチュエータ33、Z方向アクチュエータ51)を駆動して、チップ素子20がエンドエフェクタ開口部1aに位置するように移動させ(図9(A)に示す状態)、パソコン202からの命令があるまで待機する。   The personal computer 202 converts the input information from the input device 203 for each of the X, Y, and Z direction components and sends the converted information to the PLC 204. The PLC 204 drives the XYZ movement mechanism unit 40 (the XY movement mechanism 30, the X direction actuator 32 of the Z movement mechanism 50, the Y direction actuator 33, and the Z direction actuator 51) so that the chip element 20 is positioned at the end effector opening 1a. (The state shown in FIG. 9A), and waits for an instruction from the personal computer 202.

エンドエフェクタの把持方向とチップ素子20の向きとが不整合の状態のため、オペレータは、エンドエフェクタのX、Y方向がチップ素子20を把持可能な方向となるように入力装置203で入力する。パソコン202は、入力装置203からの入力情報を変換してPLC204に送出する。PLC204は、姿勢変更アクチュエータ61を駆動させ、エンドエフェクタのX、Y方向がチップ素子20を把持可能な方向となるように、移動ユニット55をベースフレーム2に対してエンドエフェクタを中心として円弧状に回動させ(図9(B)に示す状態)、パソコン202の命令があるまで待機する。   Since the gripping direction of the end effector and the orientation of the chip element 20 are inconsistent, the operator inputs with the input device 203 so that the X and Y directions of the end effector are directions in which the chip element 20 can be gripped. The personal computer 202 converts the input information from the input device 203 and sends it to the PLC 204. The PLC 204 drives the posture changing actuator 61 so that the moving unit 55 is formed in an arc shape with the end effector as the center with respect to the base frame 2 so that the X and Y directions of the end effector are in the direction in which the chip element 20 can be gripped. Rotate (the state shown in FIG. 9B) and wait until a command from the personal computer 202 is received.

エンドエフェクタの把持方向とチップ素子20の向きとが整合したため、オペレータは、エンドエフェクタでチップ素子20を把持するために入力装置203で入力する。パソコン202は、入力装置203からの入力情報を変換してPLC204に送出する。PLC204は、把持指駆動用アクチュエータ1cを駆動させ、エンドエフェクタに把持対象物20を把持させ、パソコン202の命令があるまで待機する。   Since the gripping direction of the end effector and the orientation of the chip element 20 are matched, the operator inputs with the input device 203 in order to grip the chip element 20 with the end effector. The personal computer 202 converts the input information from the input device 203 and sends it to the PLC 204. The PLC 204 drives the gripping finger driving actuator 1c, causes the end effector to grip the gripping target object 20, and waits for a command from the personal computer 202.

オペレータは、チップ素子20を把持したままエンドエフェクタプリント基板のランド位置に位置するように入力装置203で入力する。パソコン202は、入力装置203からの入力情報を変換してPLC204に送出する。PLC204は、XYZ移動機構部40を駆動して、チップ素子20がランド位置21に位置するように移動させ、パソコン202からの命令があるまで待機する。   The operator inputs with the input device 203 so as to be positioned at the land position of the end effector printed circuit board while holding the chip element 20. The personal computer 202 converts the input information from the input device 203 and sends it to the PLC 204. The PLC 204 drives the XYZ movement mechanism unit 40 to move the chip element 20 so as to be positioned at the land position 21 and waits until a command from the personal computer 202 is received.

チップ素子20を把持したエンドエフェクタの把持方向とランド位置21の向きとが不整合の状態のため、オペレータは、エンドエフェクタの方向がランド位置21と同じ方向となるように入力装置203で入力する。パソコン202は、入力装置203からの入力情報を変換してPLC204に送出する。PLC204は、姿勢変更アクチュエータ61を駆動させ、エンドエフェクタの方向がランド位置と同じ方向となるように、移動ユニット55をベースフレーム2に対してエンドエフェクタを中心として円弧状に回動させ、パソコン202の命令があるまで待機する。   Since the gripping direction of the end effector that grips the chip element 20 and the direction of the land position 21 are inconsistent, the operator inputs with the input device 203 so that the direction of the end effector is the same as the land position 21. . The personal computer 202 converts the input information from the input device 203 and sends it to the PLC 204. The PLC 204 drives the attitude changing actuator 61 to rotate the moving unit 55 in an arc shape with respect to the end effector with respect to the base frame 2 so that the direction of the end effector is the same as the land position. Wait until there is an order.

オペレータは、エンドエフェクタを離間させるように入力装置203で入力する。パソコン202は、入力装置203からの入力情報を変換してPLC204に送出する。PLC204は、把持指駆動用アクチュエータ1cを駆動させ、エンドエフェクタを離間させる(エンドエフェクタ開口1cを形成し微小物体の把持を解放させる)。これにより、チップ素子20は、ランド位置21に載置される(図9(C)に示す状態)。   The operator inputs with the input device 203 so as to separate the end effector. The personal computer 202 converts the input information from the input device 203 and sends it to the PLC 204. The PLC 204 drives the gripping finger driving actuator 1c to separate the end effector (forms the end effector opening 1c to release gripping of the minute object). As a result, the chip element 20 is placed at the land position 21 (the state shown in FIG. 9C).

(作用等)
次に、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム200の作用等について、マイクロマニュピュレータ110の作用等を中心に説明する。
(Action etc.)
Next, the operation and the like of the minute object handling system 200 of the present embodiment will be described focusing on the operation and the like of the micromanipulator 110.

本実施形態のマイクロマニュピュレータ110は、ベースフレーム2と移動ユニット55とで構成される姿勢変更機構部60を備えている。移動ユニット55は、ベースフレーム2に対しエンドエフェクタを中心として円弧状に回動可能であり、移動ユニット55に連結されたマイクログリッパ機構部1のエンドエフェクタは姿勢変更が可能である。従って、マイクロマニュピュレータ110は、チップ素子のような微小物体(把持対象物)の形状に特色があっても(把持方向が限定されていても)、1回の操作(接触)で微小物体をエンドエフェクタで確実に把持可能であり、かつ、微小物体(チップ素子)を適正な載置位置(ランド位置)に載置することができる。従って、微小物体が生体等の傷つき易い物体でも、1回の接触で生体を把持でき、生体把持のために試行錯誤を繰り返す必要がないので、生体に損傷を加えることもない。   The micromanipulator 110 according to the present embodiment includes an attitude change mechanism unit 60 including the base frame 2 and the moving unit 55. The moving unit 55 can turn in an arc shape around the end effector with respect to the base frame 2, and the posture of the end effector of the micro gripper mechanism unit 1 connected to the moving unit 55 can be changed. Accordingly, the micromanipulator 110 can remove a minute object by one operation (contact) even if the shape of the minute object (object to be grasped) such as a chip element has a feature (even if the grasping direction is limited). The end effector can be securely gripped, and a minute object (chip element) can be placed at an appropriate placement position (land position). Therefore, even if the minute object is an easily fragile object such as a living body, the living body can be grasped by one contact, and it is not necessary to repeat trial and error for grasping the living body, so that the living body is not damaged.

また、本実施形態のマイクロマニュピュレータ110は、移動ユニット55がベースフレーム2に対しエンドエフェクタを中心として円弧状に回動するため、微小物体を把持するエンドエフェクタが回動動作の中心となる。従って、エンドエフェクタの姿勢方向を変えることによる位置変化を少なくすることができ、顕微鏡視野内でマイクロマニュピュレータ110の操作を行うことができる。   Further, in the micro manipulator 110 of the present embodiment, the moving unit 55 rotates in an arc shape around the end effector with respect to the base frame 2, so that the end effector that grips a minute object is the center of the rotation operation. Therefore, a change in position caused by changing the orientation direction of the end effector can be reduced, and the micromanipulator 110 can be operated within the microscope field of view.

更に、本実施形態のマイクロマニュピュレータ110は、移動ユニット55がベースフレーム2に当接するスライダ72を有しており、移動ユニット55がスライダ72及びローラ70でベースフレーム2に複数箇所で当接するので、ベースフレーム2に対する移動ユニット55の安定な移動を確保することができる。また、本実施形態のマイクロマニュピュレータ110は、移動ユニット55がZ方向でベースフレーム2より上側に配置されており、マイクログリッパ機構部1がZ方向で傾斜するように移動ユニット55に支持されているので、微小物体載置基台102上に載置された微小物体を上方からエンドエフェクタで把持でき、顕微鏡視野内で観察しながら把持指先端部で把持することが容易となる。更にまた、マイクログリッパ機構部1のスライダ1bはベースフレーム2のスライド傾斜面2bに当接しているので、マイクログリッパ機構部1が傾斜配置されていても、移動ユニット55の移動に伴ってマイクログリッパ機構部1の安定な移動を確保することができる。   Further, the micromanipulator 110 of the present embodiment has a slider 72 with which the moving unit 55 comes into contact with the base frame 2, and the moving unit 55 comes into contact with the base frame 2 at a plurality of locations by the slider 72 and the roller 70. The stable movement of the moving unit 55 relative to the base frame 2 can be ensured. Further, in the micro manipulator 110 of this embodiment, the moving unit 55 is disposed above the base frame 2 in the Z direction, and the micro gripper mechanism unit 1 is supported by the moving unit 55 so as to be inclined in the Z direction. Therefore, the minute object placed on the minute object placement base 102 can be grasped by the end effector from above, and can be easily grasped by the tip of the grasping finger while observing in the microscope visual field. Furthermore, since the slider 1b of the micro gripper mechanism 1 is in contact with the slide inclined surface 2b of the base frame 2, even if the micro gripper mechanism 1 is inclined, the micro gripper is moved along with the movement of the moving unit 55. Stable movement of the mechanism unit 1 can be ensured.

また、本実施形態のマイクロマニュピュレータ110は、姿勢変更機構部60がベースフレーム2に配置されたセンサ2fと移動ユニット55に植設された遮光板69fとを有しており、エンドエフェクタで微小物体を把持する前に、エンドエフェクタの姿勢(X、Y方向での位置)を検出するようにしたので、移動ユニット55が移動してもエンドエフェクタの姿勢を正確に把握することができる。   Further, the micromanipulator 110 of the present embodiment includes the sensor 2f in which the posture changing mechanism unit 60 is disposed in the base frame 2 and the light shielding plate 69f that is implanted in the moving unit 55. Since the end effector posture (position in the X and Y directions) is detected before the object is gripped, the end effector posture can be accurately grasped even if the moving unit 55 moves.

なお、本実施形態では、2本の把持指を有し、エンドエフェクタに略直線状の形状のものを例示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、微小物体(把持対象物)の形状に応じて把持指の本数(複数本)や先端部の形状を変更可能なことは云うまでもない。また、本実施形態では、把持指の双方を互いに近接させる例を示したが、一方の把持指のみを把持指駆動用アクチュエータ3で駆動(移動)させ、他方の把持指は固定されたままとするようにしてもよい。   In the present embodiment, the gripper has two gripping fingers and the end effector has a substantially linear shape. However, the present invention is not limited to this, and a minute object (grip target) It goes without saying that the number (multiple) of gripping fingers and the shape of the tip can be changed according to the shape of the finger. Further, in the present embodiment, an example is shown in which both gripping fingers are brought close to each other, but only one gripping finger is driven (moved) by the gripping finger driving actuator 3 and the other gripping finger remains fixed. You may make it do.

更に、本実施形態では、ベースフレーム2に配置されたセンサ2fと移動ユニット55に植設された遮光板69fとを有する姿勢変更機構部60を例示したが、ベースフレーム2に遮光板69fを植設し、移動ユニット55にセンサ2fを配置するようにしてもよい。そして、本実施形態では、ベースフレーム2が曲壁2d、2eを有する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、移動ユニット55はベースフレーム2に配設されたレール上を移動するようにしてもよい。   Furthermore, in the present embodiment, the posture changing mechanism unit 60 having the sensor 2f arranged on the base frame 2 and the light shielding plate 69f implanted in the moving unit 55 is illustrated, but the light shielding plate 69f is implanted in the base frame 2. It is also possible to arrange the sensor 2 f on the moving unit 55. In the present embodiment, the base frame 2 has the curved walls 2d and 2e. However, the present invention is not limited to this example. For example, the moving unit 55 is placed on the rail provided on the base frame 2. You may make it move.

本発明は顕微鏡視野内において1回の操作で把持対象物を把持指先端部で把持可能で、かつ、把持対象物を適正な位置に載置可能なマイクロマニュピュレータを提供するため、マイクロマニュピュレータの製造・販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。   The present invention provides a micromanipulator capable of gripping an object to be grasped by the tip of the grasping finger with a single operation in a microscope field of view and capable of placing the object to be grasped at an appropriate position. This contributes to the manufacture and sale of products, and thus has industrial applicability.

本発明が適用可能な実施形態の微小物体ハンドリングシステムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a minute object handling system according to an embodiment to which the present invention is applicable. 実施形態の微小物体ハンドリングシステムのマイクロマニュピュレータの外観斜視図である。It is an appearance perspective view of a micromanipulator of a minute object handling system of an embodiment. マイクロマニュピュレータの平面図である。It is a top view of a micromanipulator. マイクロマニュピュレータの側面図である。It is a side view of a micromanipulator. マイクロマニュピュレータのマイクログリッパ機構部及び姿勢変更機構部の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the micro gripper mechanism part and attitude | position change mechanism part of a micro manipulator. マイクログリッパ機構部及び姿勢変更機構部を示し、(A)は平面図、(B)側面図、(C)は底面図である。The micro gripper mechanism part and the attitude | position change mechanism part are shown, (A) is a top view, (B) A side view, (C) is a bottom view. 姿勢変更機構部のベースフレームの平面図である。It is a top view of the base frame of a posture change mechanism part. 姿勢変更機構部の移動ユニットの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the movement unit of an attitude | position change mechanism part. マイクログリッパ機構部及び姿勢変更機構部の動作状態の平面図であり、(A)は動作状態その1、(B)は動作状態その2、(C)は動作状態その3を示す。It is a top view of the operation state of a micro gripper mechanism part and an attitude | position change mechanism part, (A) shows the operation state 1, (B) shows the operation state 2, and (C) shows the operation state 3.

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクログリッパ機構部(把持手段)
1b スライダ(第2の当接突起)
2 ベースフレーム(出力ステージ)
2d、2e 曲壁(ガイド)
2f 透過一体型センサ(姿勢検出手段の一部)
40 XYZ移動機構部(3次元移動手段)
55 移動ユニット(移動体)
60 姿勢変更機構部(姿勢変更手段)
70 ローラ(係合突起の一部)
72 スライダ(第1の当接突起)
110 マイクロマニュピュレータ
1 Micro gripper mechanism (gripping means)
1b Slider (second contact protrusion)
2 Base frame (output stage)
2d, 2e Curved wall (guide)
2f Transmission-integrated sensor (part of attitude detection means)
40 XYZ moving mechanism (three-dimensional moving means)
55 Moving unit (moving body)
60 Posture change mechanism (posture change means)
70 Roller (part of engagement protrusion)
72 Slider (first contact protrusion)
110 Micromanipulator

Claims (8)

把持指の先端部を近接させて微小な把持対象物を把持する把持手段と、
前記把持手段をX、Y、Zの3次元方向に移動させる3次元移動手段と、
前記把持手段と前記3次元移動手段との間に配置され、前記把持指先端部の姿勢方向をX、Y方向で同時に変更する姿勢変更手段と、
を備えたマイクロマニュピュレータ。
A gripping means for gripping a minute gripping object by bringing the tip of the gripping finger close to the gripping finger;
Three-dimensional movement means for moving the gripping means in three-dimensional directions of X, Y, and Z;
A posture changing means that is disposed between the gripping means and the three-dimensional moving means, and simultaneously changes the posture direction of the tip of the gripping finger in the X and Y directions;
Micromanipulator equipped with.
前記姿勢変更手段は、前記把持指先端部を中心として前記把持指が回動するように前記把持指先端部の姿勢方向を変更することを特徴とする請求項1に記載のマイクロマニュピュレータ。   The micromanipulator according to claim 1, wherein the posture changing means changes a posture direction of the gripping finger tip so that the gripping finger rotates about the gripping finger tip. 前記姿勢変更手段は、前記3次元移動手段からのX、Y、Z方向の移動量が出力される出力ステージと、この出力ステージに対し前記把持指先端部を中心として円弧状に移動可能な移動体とを有し、前記把持手段は前記移動体に支持されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のマイクロマニュピュレータ。   The posture changing means is an output stage that outputs movement amounts in the X, Y, and Z directions from the three-dimensional moving means, and a movement that can move in an arc shape with the gripping finger tip as a center with respect to the output stage. The micromanipulator according to claim 1, wherein the gripping means is supported by the movable body. 前記出力ステージは円弧状のガイドを有しており、前記ガイドに移動可能に係合する係合突起が前記移動体に突設されたことを特徴とする請求項3に記載のマイクロマニュピュレータ。   4. The micromanipulator according to claim 3, wherein the output stage has an arcuate guide, and an engaging projection that is movably engaged with the guide is provided on the movable body. 前記移動体は、前記出力ステージに当接する第1の当接突起を更に有することを特徴とする請求項4に記載のマイクロマニュピュレータ。   The micromanipulator according to claim 4, wherein the movable body further includes a first abutting protrusion that abuts on the output stage. 前記移動体はZ方向で前記出力ステージより上側に配置されており、前記把持手段はZ方向で傾斜するように前記移動体に支持されていることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載のマイクロマニュピュレータ。   6. The movable body according to claim 3, wherein the movable body is disposed above the output stage in the Z direction, and the gripping means is supported by the movable body so as to be inclined in the Z direction. The micromanipulator according to any one of the above. 前記把持手段は、前記出力ステージに当接する第2の当接突起を有することを特徴とする請求項6に記載のマイクロマニュピュレータ。   The micromanipulator according to claim 6, wherein the gripping means has a second abutting protrusion that abuts on the output stage. 前記出力ステージ及び前記移動体のいずれか一方に配置されたセンサと、いずれか他方に配置された遮光板とを有し、前記把持指先端部のX、Y方向での姿勢を検出するための姿勢検出手段を更に備えたことを特徴とする請求項3乃至請求項7のいずれか1項に記載のマイクロマニュピュレータ。   A sensor disposed on one of the output stage and the movable body, and a light shielding plate disposed on the other, for detecting the posture of the tip of the gripping finger in the X and Y directions; The micromanipulator according to any one of claims 3 to 7, further comprising posture detection means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102079498A (en) * 2010-11-18 2011-06-01 大连理工大学 Flexible electrothermal drive micro-gripper and manufacturing process method
CN103753527A (en) * 2014-01-07 2014-04-30 青岛华东工程机械有限公司 Tiltable material clamping device

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